CN117399415A - 潟湖底泥土壤化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种潟湖底泥土壤化方法。它包括如下步骤：制备改性固化剂；制备有机改性剂；制备工程用土，将潟湖底泥与改性固化剂按照特定配比混合，再加入定量拌和水进行搅拌，将拌和均匀的改性土压实成型，最后封膜室内养护，到达指定养护时间，形成工程用土；制备园林用土：将潟湖底泥与改性固化剂和有机改性剂按照特定配比混合，再加入定量拌和水进行搅拌，将拌和均匀的改性土压实成型，最后封膜室内养护，到达指定养护时间，形成园林用土。本发明通过使用不同的改性处理工艺和改性功能材料，可以将潟湖底泥转化为园林绿化用土和工程用土，并且按照相应的污染物控制指标评价均满足相应的要求。

Description

潟湖底泥土壤化方法
技术领域
本发明涉及近海湖泊底泥沉积物生态修复与资源化技术领域，具体地指一种潟湖底泥土壤化方法。
背景技术
潟湖(xìhú)是指在海的边缘地区，由于海水受不完全隔绝或周期性隔绝，被沙嘴、沙坝或珊瑚分割而与外海相分离的局部海水水域。海岸带泥沙的横向运动常形成离岸坝-潟湖地貌组合。当波浪向岸运动，泥沙平行于海岸堆积，形成高出海水面的离岸坝，坝体将海水分割，内侧便形成半封闭或封闭式的潟湖。潟湖沉积是由入潟湖河流、海岸沉积物和潮汐三角洲物质充填，多由粉砂淤泥质夹杂砂砾石物质组成，往往有黑色有机质粘土与贝壳碎屑等沉积物。潟湖形成后由于与水体连通性的差异，导致其水体盐度出现差异。潟湖在沉积物成分、生物特征等方面均与内陆河湖有显著的不同。
由于滨海城市的建设以及海洋旅游业的发展，大量的生活废水、生活垃圾曾向潟湖内排放堆存，污染物的累计对潟湖水质及泥质造成严重污染，潟湖污泥一般含有大量的有机物和丰富的氮、磷等营养物质，任意排入水体将会大量消耗水体中的氧，导致水体水质恶化，严重影响水生物的生存。除此之外，污泥中还有多种有毒物质、重金属和致病菌、寄生虫卵等有害物质，处理不当会传播疾病、污染土壤和作物，并通过生物链转嫁人类。因此，若污泥不经妥善处理而任意排放和堆置，必将对周围环境造成严重的污染。
现有技术中，未见有对潟湖底泥进行处置消纳或资源化利用的报道。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明提出一种潟湖底泥土壤化方法，不仅将潟湖底泥转化为工程用土或者园林绿化用土，实现潟湖底泥的资源化利用，改善潟湖及周边的生态环境质量，有利于生物的生长繁衍；而且通过潟湖底泥固化剂的使用，实现大宗工业固体废弃物的资源化利用，通过潟湖底泥有机改性剂的使用，实现畜禽粪便的合理处置与产品化利用。
为达到上述目的，本发明所设计一种潟湖底泥土壤化方法，其特别之处在于，包括如下步骤：
S1)将大宗工业固废材料、少量凝胶活性材料以及微量表面活性材料进行混合，置于球磨机内进行混合球磨，球磨均匀形成改性固化剂备用；
所述工业固废材料包括高炉矿渣、粉煤灰和工业石膏；所述凝胶活性材料为水泥熟料；
S2)将蚯蚓粪肥原料进行自然风干，当含水率稳定后，使用球磨机将粪便干堆球磨成粉状，形成有机改性剂备用；
S3)制备工程用土、或者园林用土；
所述工程用土的制备方法如下：
将潟湖底泥与步骤1)制备的改性固化剂按照特定配比混合，再加入定量拌和水进行搅拌，其中，高炉矿渣中的CaO、粉煤灰中的CaO、水泥熟料中的CaO分别与水反应生成Ca(OH)2，水泥熟料中的2CaO·SiO2与水反应产生大量氢氧根离子；将拌和均匀的改性土压实成型，最后封膜室内养护，到达指定养护时间，潟湖底泥中的SiO2、高炉矿渣中的SiO2、粉煤灰中的SiO2分别与生成的Ca(OH)2进行水化反应，生成CSH凝胶态水化产物；潟湖底泥中的Al2O3、粉煤灰中的Al2O3分别与生成的CaSO4·2H2O和生成的Ca(OH)2进行水化反应，生成水化硫铝酸钙，提升了材料的宏观力学强度，从而形成工程用土；
所述园林用土的制备方法如下：
将潟湖底泥、步骤1)制备的改性固化剂、以及步骤2)制备的有机改性剂特定配比混合，再加入定量拌和水进行搅拌，其中，高炉矿渣中的CaO、粉煤灰中的CaO、水泥熟料中的CaO分别与水反应生成Ca(OH)2，水泥熟料中的2CaO·SiO2与水反应产生大量氢氧根离子；将拌和均匀的改性土压实成型，最后封膜室内养护，到达指定养护时间，潟湖底泥中的SiO2、高炉矿渣中的SiO2、粉煤灰中的SiO2分别与生成的Ca(OH)2进行水化反应，生成CSH凝胶态水化产物；有机改性剂中的Al2O3、潟湖底泥中的Al2O3、粉煤灰中的Al2O3分别与生成的CaSO4·2H2O和生成的Ca(OH)2进行水化反应，生成水化硫铝酸钙；同时，有机改性剂提高改性土中的有机质、总氮、总磷、以及总钾的含量，形成园林用土。
进一步地，S1)中，所述改性固化剂包括50％高炉矿渣粉、17％粉煤灰、20％工业石膏、10％水泥熟料、3％表面活性剂。
更进一步地，S1)中，所述高炉矿渣粉的活性指数为大于或等于S95，平均粒径为1～100μm，比表面积为350～370m2/kg；所述高炉矿渣粉包括CaO和SiO2，CaO含量大于或等于40％，SiO2含量大于或等于30％。
更进一步地，S1)中，所述粉煤灰的平均粒径为40～45μm，包括CaO、SiO2和Al2O3，CaO含量大于或等于20.3％，Al2O3含量大于或等于16.3％，SiO2含量大于或等于34.6％。
更进一步地，S1)中，所述工业石膏原料为二水石膏，颗粒粒径0.38mm以下占比60～65％，颗粒粒径0.38～1mm占比30％。
更进一步地，S1)中，所述水泥熟料为市售生产42.5级硅酸盐水泥的原料熟料，使用前经过水泥试验小磨球磨15分钟后，形成熟料粉待用。
更进一步地，S1)中，所述表面活性剂为三乙醇胺、木质磺酸钠和木质磺酸钙按照30％：30％：40％的配比混合制得，作为改性固化剂的活性激发剂，维持材料颗粒的表面活性。
进一步地，S2)中，所述蚯蚓粪肥的总氮、总磷、以及总钾的含量之和大于或等于4％，有机质含量大于或等于35％，呈灰黑色颗粒状。
进一步地，S3)中，所述工程用土、或园林用土在封膜室内养护期间发生的化学反应如下：
CaO+H2O→Ca(OH)2
2CaO·SiO2+nH2O→xCaO·SiO2·(n-2+x)H2O+(2-x)Ca(OH)2
xCa(OH)2+SiO2+m H2O→xCaO·SiO2·nH2O
x(1.5～3.0)CaO·SiO2·nH2O+ySiO2→z(0.8～1.5)CaO·SiO2·nH2O
Al2O3+3Ca(OH)2+3(CaSO4·2H2O)+aq→
3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O
更进一步地，S3)中，所述工程用土中的潟湖底泥与改性固化剂的配比为67～71％：4～8％，且混合拌和设计固相质量浓度为68～72％；所述园林用土中的潟湖底泥、改性固化剂、有机改性剂的配比为67～71％：4～8％：25％，且混合拌和设计固相质量浓度为68～72％。
本发明的优点在于：
1、本发明通过压实成型和封膜室内养护工艺，将拌和均匀的改性固化剂和潟湖底泥转化为工程用土，将拌和均匀的改性固化剂、有机改性剂和潟湖底泥转化为园林绿化用土，不仅实现对潟湖底泥的处置消纳，改善潟湖及周边的生态环境质量，有利于生物的生长繁衍；而且有效解决潟湖面临的底泥积累量过大，导致湖水水位上涨，深度下降，水下生态系统逐渐退化甚至消失等问题；同时也为潟湖周边滨海地区的市政工程建设、工业企业建设、城市园林绿化提供土方资源，节省大量的国土资源，为城市建设发展做出了重要贡献；
2、本发明中在处理潟湖底泥过程中，使用了潟湖底泥固化剂，实现潟湖底泥向工程用土的转变，潟湖底泥固化剂主要原料为高炉矿渣、粉煤灰、工业石膏等大宗工业固体废弃物，实现工业固废的资源化利用，加快潟湖等滨海地区环保产业的发展；
3、本发明中在处理潟湖底泥过程中，使用了潟湖底泥有机改性剂，灵活调控潟湖底泥改性土的总养分和有机质含量，保证改性土具备植物生长能力，实现潟湖底泥向园林绿化用土的转变，而潟湖底泥有机改性剂主要为蚯蚓粪肥，实现蚯蚓粪肥的合理处置与产品化利用；
本发明潟湖底泥土壤化方法，对于不同地区、不同使用用途的潟湖底泥，均有良好的改性土壤化效果，通过使用不同的改性处理工艺和改性功能材料，可以将潟湖底泥转化为园林绿化用土和工程用土，并且按照相应的污染物控制指标评价均满足相应的要求，不会造成新的污染，成功实现了典型潟湖底泥的资源化利用，具有良好的经济和环保效益。
附图说明
图1为本发明潟湖底泥土壤化方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
如图1所示，本发明潟湖底泥土壤化方法，包括如下步骤：
S1)将大宗工业固废材料、少量凝胶活性材料以及微量表面活性材料进行混合，置于球磨机内进行混合球磨，球磨均匀形成改性固化剂备用。
所述工业固废材料包括高炉矿渣、粉煤灰和工业石膏；所述凝胶活性材料为水泥熟料。
优选地，混合材料置于球磨机内进行混合球磨，球磨时间为30min，充分混合均匀形成改性固化剂备用。
优选地，所述改性固化剂包括50％高炉矿渣粉、17％粉煤灰、20％工业石膏、10％水泥熟料、3％表面活性剂。
具体地，所述高炉矿渣粉的活性指数为大于或等于S95，平均粒径为1～100μm，比表面积为350～370m2/kg；所述高炉矿渣粉包括CaO和SiO2，CaO含量大于或等于40％，SiO2含量大于或等于30％。本实施例中的高炉矿物有铝黄长石、假硅辉石、透辉石、硅钙石和硅酸二钙等非晶体、玻璃体物质。
具体地，所述粉煤灰的平均粒径为40～45μm，包括CaO、SiO2和Al2O3，CaO含量大于或等于20.3％，Al2O3含量大于或等于16.3％，SiO2含量大于或等于34.6％。本实施例中的粉煤灰产自某热电厂循环硫化床锅炉。
具体地，所述工业石膏原料为二水石膏，颗粒粒径0.38mm以下占比60～65％，颗粒粒径0.38～1mm占比30％。本实施例中的最大粒径30mm，原状石膏比表面积159m2/kg，在使用前，将原状石膏进行破碎经水泥试验小磨球磨50分钟后，形成石膏粉待用。
具体地，所述水泥熟料为市售生产42.5级硅酸盐水泥的原料熟料，使用前经过水泥试验小磨球磨15分钟后，形成熟料粉待用。
具体地，所述表面活性剂为三乙醇胺、木质磺酸钠和木质磺酸钙按照30％：30％：40％的配比混合制得，作为改性固化剂的活性激发剂，维持材料颗粒的表面活性。
S2)将蚯蚓粪肥原料进行自然风干，当含水率稳定后，使用球磨机将粪便干堆球磨成粉状，形成有机改性剂备用。
优选地，粪便干堆球磨成粉状后，采用自封袋密封封装，形成有机改性剂备用。
具体地，所述蚯蚓粪肥的总氮、总磷、以及总钾的含量之和大于或等于4％，有机质含量大于或等于35％，呈灰黑色颗粒状。
具体地，经风干后的所述蚯蚓粪肥采用行星磨球磨5min制备成粉末，封袋保存。
本发明首先制备出潟湖底泥改性土壤化所需的功能材料，一种为改性固化剂，另一种为有机改性剂，通过球磨工艺，将上述两种材料均制备成功能粉末材料，材料颗粒处于微米级水平，其对应功能性将更加显著。
S3)制备工程用土、或者园林用土。
所述工程用土的制备方法如下：
将潟湖底泥与步骤1)制备的改性固化剂按照特定配比混合，再加入定量拌和水进行搅拌，其中，高炉矿渣中的CaO、粉煤灰中的CaO、水泥熟料中的CaO分别与水反应生成Ca(OH)2，水泥熟料中的2CaO·SiO2与水反应产生大量氢氧根离子；将拌和均匀的改性土压实成型，最后封膜室内养护，到达指定养护时间，潟湖底泥中的SiO2、高炉矿渣中的SiO2、粉煤灰中的SiO2分别与生成的Ca(OH)2进行水化反应，生成CSH凝胶态水化产物；潟湖底泥中的Al2O3、粉煤灰中的Al2O3分别与生成的CaSO4·2H2O和生成的Ca(OH)2进行水化反应，生成水化硫铝酸钙，提升了材料的宏观力学强度，从而形成工程用土。
具体地，所述工程用土在封膜室内养护期间发生的化学反应如下：
CaO+H2O→Ca(OH)2
2CaO·SiO2+nH2O→xCaO·SiO2·(n-2+x)H2O+(2-x)Ca(OH)2
xCa(OH)2+SiO2+m H2O→xCaO·SiO2·nH2O
x(1.5～3.0)CaO·SiO2·nH2O+ySiO2→z(0.8～1.5)CaO·SiO2·nH2O
Al2O3+3Ca(OH)2+3(CaSO4·2H2O)+aq→
3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O
具体地，所述工程用土中的潟湖底泥(以干基计)与改性固化剂的配比为67～71％：4～8％，且混合拌和设计固相质量浓度为68～72％。
所述园林用土的制备方法如下：
将潟湖底泥、步骤1)制备的改性固化剂、以及步骤2)制备的有机改性剂特定配比混合，再加入定量拌和水进行搅拌，其中，高炉矿渣中的CaO、粉煤灰中的CaO、水泥熟料中的CaO分别与水反应生成Ca(OH)2，水泥熟料中的2CaO·SiO2与水反应产生大量氢氧根离子；将拌和均匀的改性土压实成型，最后封膜室内养护，到达指定养护时间，潟湖底泥中的SiO2、高炉矿渣中的SiO2、粉煤灰中的SiO2分别与生成的Ca(OH)2进行水化反应，生成CSH凝胶态水化产物；有机改性剂中的Al2O3、潟湖底泥中的Al2O3、粉煤灰中的Al2O3分别与生成的CaSO4·2H2O和生成的Ca(OH)2进行水化反应，生成水化硫铝酸钙；同时，有机改性剂提高改性土中的有机质、总氮、总磷、以及总钾的含量，形成园林用土。
具体地，所述园林用土在封膜室内养护期间发生的化学反应如下：
CaO+H2O→Ca(OH)2
2CaO·SiO2+nH2O→xCaO·SiO2·(n-2+x)H2O+(2-x)Ca(OH)2
xCa(OH)2+SiO2+m H2O→xCaO·SiO2·nH2O
x(1.5～3.0)CaO·SiO2·nH2O+ySiO2→z(0.8～1.5)CaO·SiO2·nH2O
Al2O3+3Ca(OH)2+3(CaSO4·2H2O)+aq→
3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O
具体地，所述园林用土中的潟湖底泥、改性固化剂、有机改性剂的配比为67～71％：4～8％：25％，且混合拌和设计固相质量浓度为68～72％。
下面以海南省万宁市小海潟湖以及广东汕尾品清湖为例进行具体实施。
实施例1：(园林绿化用土)
以海南省万宁市小海潟湖为例，代表性采集该潟湖底泥样品，参照《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(GB/T 23486-2009)进行理化性质和污染物成分分析，发现小海潟湖底泥存在pH值、EC值、总养分(总氮(以N计)+总磷(以P2O5计)+总钾(以K2O计))、有机物含量等指标不符合园林绿化用土的指标要求，需要进行改性处理。
其中，EC值是用来测量溶液中可溶性盐浓度的，也可以用来测量液体肥料或种植介质中的可溶性离子浓度。EC值的单位用mS/cm表示，测量温度通常为25℃。
按照步骤1)、步骤2)制备出改性固化剂和有机改性剂，按照小海潟湖底泥(以干基计)：改性固化剂：有机改性剂＝71％：4％：25％的配比，同时混合拌和土固相质量浓度68％的条件进行小海潟湖底泥改性土壤化试验，按照步骤3)采用电液伺服万能试验机压实成型，压力采用40KN，速度0.3mm/s，成型后稳定2分钟，采用脱模机将试块脱出，得到直径5cm，高度5cm的圆柱体试块，继续封膜室内养护3天后，进行总养分(以总氮、总磷、总钾合计)、有机物含量、pH值、EC值的测定，考察改性土壤化效果，测试结果见下表1。
表1改性处理测试结果
从上表1可以看出，通过测试比对发现，经过本发明改性固化土壤化处理后，小海潟湖底泥原样中不满足要求的指标均已达到要求，有机改性剂的使用增加了改性土的总养分和有机物含量，改性固化剂的掺入则可以构建水化反应体系，将潟湖底泥中的可溶盐离子固化稳定化到水化产物中，形成稳定的矿物晶体，使EC值下降，同时改性固化剂与潟湖底泥以及有机改性剂中的成分发生化学反应，改变了潟湖底泥原有的性状，使得pH值降低，最终可以实现小海潟湖底泥改性土的各项性能指标均满足园林绿化用土的要求(GB/T23486-2009)。
同时，对养护3天、7天和28天的圆柱体试块，进行重金属污染情况检测，通过几种常见重金属的浸出毒性分析实验及重金属形态静态释放实验，判定其重金属污染情况。其浸出毒性分析实验及重金属形态静态释放实验结果见下表2和表3：
表2浸出毒性分析实验结果(μg/L)
养护时间 铅 镉 砷 锌 铜 汞
3天 18.9 1.7 39.5 263 122 0.49
7天 15.0 1.2 34.5 254 94.1 0.22
28天 9.4 ND 28.1 197 92 0.12
表3重金属形态静态释放实验结果(μg/L)
养护时间 铅 镉 砷 锌 铜 汞
3天 1.89 0.28 22.4 26.7 28.4 0.08
7天 2.24 0.41 29.7 33.7 31.9 0.17
28天 2.09 0.37 28.5 31.0 26.6 0.10
由上表2和表3可以看出，样品在浸出浓度及水浸龄期的6种重金属元素检测浓度均低于地表水四类水体限值(GB3838-2002)要求，且随着养护龄期的延长，其浸出毒性及重金属形态释放的浓度没有大幅度增加，表明浸出毒性及重金属形态释放能力持续下降。
实施例2：(工程用土)
以海南省万宁市小海潟湖为例，代表性采集该潟湖底泥样品，将潟湖底泥原样自然风干至含水率为20％左右。
按照步骤1)制备出改性固化剂，按照小海潟湖底泥(以湿基计)：改性固化剂＝96％：4％的配比，同时控制混合拌和土固相质量浓度80％的条件进行小海潟湖底泥改性土壤化试验，按照步骤3)采用电液伺服万能试验机压实成型，压力采用40KN，速度0.3mm/s，成型后稳定2分钟，采用脱模机将试块脱出，得到直径5cm，高度5cm的圆柱体试块，继续封膜室内养护14天后，进行无侧限抗压强度测试分析。
将含水量符合要求的改性潟湖污泥拌和土，装满Φ10×10cm圆筒试模，并分别在圆筒试模中边填土边放置2-3个环刀，使试样完成掩埋环刀，在万能试验机上压实成型并脱模，成型压力设置为160KN，在成型过程中需要注意的是成型时要避免压力机运行过快，保持在0.3mm/s的速度，同时在成型完成以后，静止2min左右。压制成型后脱模，削平环刀表面，脱出环刀样，按照规定养护14天，并进行直剪测试。
养护14天后进行无侧限抗压强度的测定，考察改性工程用土土壤化效果，测试结果见下表4。
表4改性处理测试结果
从上表4可以看出，通过对养护到14天的改性土样品进行分析测试发现，改性土样在养护14天后，质量损失较小，高度基本无变化，在封膜养护的条件下，含水量降低幅度小，说明了改性土的保水能力良好，养护到14天改性土样无侧限抗压强度为1.79MPa，抗压强度性能良好，凝聚力C为138.0kPa，内摩擦角为33.1°，力学性能满足工程用土要求。同时，参照《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》(GB36600-2018)基本45项指标展开分析测试评价，按照本发明改性小海潟湖底泥得到的改性工程用土基本45项污染物指标均未超过该标准第一类用地筛选值的要求，表明改性处理后的潟湖底泥工程用土满足各种建设项目用地用土要求。
同时，对养护3天、7天和28天的圆柱体试块，进行重金属污染情况检测，通过几种常见重金属的浸出毒性分析实验及重金属形态静态释放实验，判定其重金属污染情况。其浸出毒性分析实验及重金属形态静态释放实验结果见下表5和表6：
表5浸出毒性分析实验结果(μg/L)
养护时间 铅 镉 砷 锌 铜 汞
3天 15.7 1.4 24.5 185 95 0.38
7天 7.0 ND 23.4 149 70.9 0.14
28天 6.0 ND 28.7 106 52 0.11
表6重金属形态静态释放实验结果(μg/L)
由上表5和表6可以看出，样品在浸出浓度及水浸龄期的6种重金属元素检测浓度均低于地表水四类水体限值(GB3838-2002)要求，且随着养护龄期的延长，其浸出毒性及重金属形态释放的浓度没有大幅度增加，表明浸出毒性及重金属形态释放能力持续下降。
实施例3：(工程用土)
以广东汕尾品清湖(同为潟湖)为例，代表性采集该潟湖底泥样品，将潟湖底泥原样自然风干至含水率为20％左右。
按照步骤1)制备出改性固化剂，按照品清湖底泥(以湿基计)：改性固化剂＝94％：6％的配比，同时控制混合拌和土固相质量浓度80％的条件进行品清湖底泥改性土壤化试验，按照步骤3)采用电液伺服万能试验机压实成型，压力采用40KN，速度0.3mm/s，成型后稳定2分钟，采用脱模机将试块脱出，得到直径5cm，高度5cm的圆柱体试块，继续封膜室内养护14天后，进行无侧限抗压强度测试分析。
将含水量符合要求的改性品清湖底泥拌和土，装满Φ10×10cm圆筒试模，并分别在圆筒试模中边填土边放置2-3个环刀，使试样完成掩埋环刀，在万能试验机上压实成型并脱模，成型压力设置为160KN，在成型过程中需要注意的是成型时要避免压力机运行过快，保持在0.3mm/s的速度，同时在成型完成以后，静止2min左右。压制成型后脱模，削平环刀表面，脱出环刀样，按照规定养护14天，进行直剪测试。
养护14天后进行无侧限抗压强度的测定，考察改性工程用土土壤化效果，测试结果见下表7。
表7改性处理测试结果
从上表7可以看出，通过对养护到14天的改性土样品进行分析测试发现，改性土样在养护14天后，质量损失较小，高度仅减小0.03cm，在封膜养护的条件下，含水量降低幅度小，说明了改性土的保水能力良好，养护到14天改性土样无侧限抗压强度为2.80MPa，抗压强度性能良好，凝聚力C为138.0kPa，内摩擦角为45.3°，力学性能满足工程用土要求。同时，参照《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》(GB36600-2018)基本45项指标展开分析测试评价，按照本发明改性小海潟湖底泥得到的改性工程用土基本45项污染物指标均未超过该标准第一类用地筛选值的要求，表明改性处理后的潟湖底泥工程用土满足各种建设项目用地用土要求。
同时，对养护3天、7天和28天的圆柱体试块，进行重金属污染情况检测，通过几种常见重金属的浸出毒性分析实验及重金属形态静态释放实验，判定其重金属污染情况。其浸出毒性分析实验及重金属形态静态释放实验结果见下表8和表9：
表8浸出毒性分析实验结果(μg/L)
养护时间 铅 镉 砷 锌 铜 汞
3天 14.5 1.6 24.4 110 107 0.36
7天 10.2 ND 21.5 108 89.2 0.21
28天 11.5 ND 19.0 124 60.8 0.13
表9重金属形态静态释放实验结果(μg/L)
养护时间 铅 镉 砷 锌 铜 汞
3天 1.52 0.24 20.5 20.1 24.8 0.05
7天 1.47 0.18 25.2 14.7 27.4 0.12
28天 1.60 0.14 16.5 13.7 25.6 0.04
由上表8和表9可以看出，样品在浸出浓度及水浸龄期的6种重金属元素检测浓度均低于地表水四类水体限值(GB3838-2002)要求，且随着养护龄期的延长，其浸出毒性及重金属形态释放的浓度没有大幅度增加，表明浸出毒性及重金属形态释放能力持续下降。
通过上述实施例分析发现，本发明潟湖底泥土壤化方法对于不同地区、不同使用用途的潟湖底泥，均有良好的改性土壤化效果，通过使用不同的改性处理工艺和改性功能材料，可以将潟湖底泥转化为园林绿化用土和工程用土，并且按照相应的污染物控制指标评价均满足相应的要求，不会造成新的污染，成功实现了典型潟湖底泥的资源化利用，具有良好的经济和环保效益。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种潟湖底泥土壤化方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1)将大宗工业固废材料、少量凝胶活性材料以及微量表面活性材料进行混合，置于球磨机内进行混合球磨，球磨均匀形成改性固化剂备用；
所述工业固废材料包括高炉矿渣、粉煤灰和工业石膏；所述凝胶活性材料为水泥熟料；
S2)将蚯蚓粪肥原料进行自然风干，当含水率稳定后，使用球磨机将粪便干堆球磨成粉状，形成有机改性剂备用；
S3)制备工程用土、或者园林用土；
所述工程用土的制备方法如下：
将潟湖底泥与步骤1)制备的改性固化剂按照特定配比混合，再加入定量拌和水进行搅拌，其中，高炉矿渣中的CaO、粉煤灰中的CaO、水泥熟料中的CaO分别与水反应生成Ca(OH)2，水泥熟料中的2CaO·SiO2与水反应产生大量氢氧根离子；将拌和均匀的改性土压实成型，最后封膜室内养护，到达指定养护时间，潟湖底泥中的SiO2、高炉矿渣中的SiO2、粉煤灰中的SiO2分别与生成的Ca(OH)2进行水化反应，生成CSH凝胶态水化产物；潟湖底泥中的Al2O3、粉煤灰中的Al2O3分别与生成的CaSO4·2H2O和生成的Ca(OH)2进行水化反应，生成水化硫铝酸钙，提升了材料的宏观力学强度，从而形成工程用土；
所述园林用土的制备方法如下：
将潟湖底泥、步骤1)制备的改性固化剂、以及步骤2)制备的有机改性剂特定配比混合，再加入定量拌和水进行搅拌，其中，高炉矿渣中的CaO、粉煤灰中的CaO、水泥熟料中的CaO分别与水反应生成Ca(OH)2，水泥熟料中的2CaO·SiO2与水反应产生大量氢氧根离子；将拌和均匀的改性土压实成型，最后封膜室内养护，到达指定养护时间，潟湖底泥中的SiO2、高炉矿渣中的SiO2、粉煤灰中的SiO2分别与生成的Ca(OH)2进行水化反应，生成CSH凝胶态水化产物；有机改性剂中的Al2O3、潟湖底泥中的Al2O3、粉煤灰中的Al2O3分别与生成的CaSO4·2H2O和生成的Ca(OH)2进行水化反应，生成水化硫铝酸钙；同时，有机改性剂提高改性土中的有机质、总氮、总磷、以及总钾的含量，形成园林用土。
2.根据权利要求1所述的潟湖底泥土壤化方法，其特征在于：S1)中，所述改性固化剂包括50％高炉矿渣粉、17％粉煤灰、20％工业石膏、10％水泥熟料、3％表面活性剂。
3.根据权利要求2所述的潟湖底泥土壤化方法，其特征在于：S1)中，所述高炉矿渣粉的活性指数为大于或等于S95，平均粒径为1～100μm，比表面积为350～370m2/kg；所述高炉矿渣粉包括CaO和SiO2，CaO含量大于或等于40％，SiO2含量大于或等于30％。
4.根据权利要求2所述的潟湖底泥土壤化方法，其特征在于：S1)中，所述粉煤灰的平均粒径为40～45μm，包括CaO、SiO2和Al2O3，CaO含量大于或等于20.3％，Al2O3含量大于或等于16.3％，SiO2含量大于或等于34.6％。
5.根据权利要求2所述的潟湖底泥土壤化方法，其特征在于：S1)中，所述工业石膏原料为二水石膏，颗粒粒径0.38mm以下占比60～65％，颗粒粒径0.38～1mm占比30％。
6.根据权利要求2所述的潟湖底泥土壤化方法，其特征在于：S1)中，所述水泥熟料为市售生产42.5级硅酸盐水泥的原料熟料，使用前经过水泥试验小磨球磨15分钟后，形成熟料粉待用。
7.根据权利要求2所述的潟湖底泥土壤化方法，其特征在于：S1)中，所述表面活性剂为三乙醇胺、木质磺酸钠和木质磺酸钙按照30％：30％：40％的配比混合制得，作为改性固化剂的活性激发剂，维持材料颗粒的表面活性。
8.根据权利要求1所述的潟湖底泥土壤化方法，其特征在于：S2)中，所述蚯蚓粪肥的总氮、总磷、以及总钾的含量之和大于或等于4％，有机质含量大于或等于35％，呈灰黑色颗粒状。
9.根据权利要求1所述的潟湖底泥土壤化方法，其特征在于：S3)中，所述工程用土、或园林用土在封膜室内养护期间发生的化学反应如下：
CaO+H2O→Ca(OH)2
2CaO·SiO2+nH2O→xCaO·SiO2·(n-2+x)H2O+(2-x)Ca(OH)2
xCa(OH)2+SiO2+m H2O→xCaO·SiO2·nH2O
x(1.5～3.0)CaO·SiO2·nH2O+ySiO2→z(0.8～1.5)CaO·SiO2·nH2O
Al2O3+3Ca(OH)2+3(CaSO4·2H2O)+aq→
3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O。
10.根据权利要求9所述的潟湖底泥土壤化方法，其特征在于：S3)中，所述工程用土中的潟湖底泥与改性固化剂的配比为67～71％：4～8％，且混合拌和设计固相质量浓度为68～72％；所述园林用土中的潟湖底泥、改性固化剂、有机改性剂的配比为67～71％：4～8％：25％，且混合拌和设计固相质量浓度为68～72％。
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